冷冻青椒护绿保硬工艺优化

2024-04-01杜长婷陈旭华张春晖

食品工业科技 2024年7期

杜长婷，黄峰，陈旭华，张春晖

（1.河北农业大学食品科技学院，河北保定 071000；2.中国农业科学院农产品加工所，农业部农产品加工综合性重点实验室，北京 100193；3.中国农业科学院西部农业研究中心，新疆昌吉 831100）

在快节奏生活、餐饮连锁化等因素共同推动下，预制菜行业快速发展，2022 年中国预制菜市场规模达4151.5 亿元[1-2]。随着冷链技术发展和人们消费习惯改变，冷冻复热菜肴已成为预制菜消费的一个主要形式。冷冻蔬菜保持了颜色、质地、风味和其他感官品质，还有食用方便、快捷的优势。在菜肴体系中，以青椒为主料或辅料的菜肴有很多，如青椒炒肉、青椒炒鸡蛋、青椒酿肉等。青椒因其鲜艳色泽，高营养价值以及独特的风味，受到广大消费者的喜爱[3]。但是青椒在冷冻过程中，冰晶体积的变化会对细胞结构造成不可逆损伤[4]，使青椒出现褐变、质构塌陷等问题，甚至影响产品品质。因此青椒的护绿保硬技术一直是速冻行业中的难题。

近年来，许多学者通过物理方法、化学方法或复合处理方法对蔬菜进行护色保硬，如Wang 等[5]研究表明高静水压处理后的菠菜具有较高叶绿素含量，有效维持了叶绿素稳定性，达到了较好护色效果；赵钜阳等[6]发现碳酸氢钠、醋酸锌等溶液对地三鲜起到了良好的护色作用；Huang 等[7]的研究表明利用气调包装和高压静电场使卷心菜的保质期延长至60 d，并保持了其色泽和质地。然而以上方法大多数应用于蔬菜加工储藏过程中，在蔬菜冷冻过程中的应用较少。在蔬菜加工过程中，食盐的护色效果引起了学者的关注。食盐通过缓解加工过程中叶绿素降解，达到护色目的[8]，其在青椒[9]、梨[10]护色效果显著。海藻糖可以作为冷冻保护剂来降低冰晶形成时对细胞结构造成的损害[11]。西兰花[12]、胡萝卜[13]、南瓜[14]等产品，通过浸泡海藻糖，可在速冻加工过程中维持较好的感官品质。氯化钙可通过Ca2+与果胶交联形成“钙桥”，抑制果胶酶活性，防止果胶酸生成水溶性果胶，从而维持蔬菜脆度[15]。对于不同果蔬，氯化钙的最佳用量不同，绿叶蔬菜氯化钙质量分数0.1%（m/m）[16]，白萝卜氯化钙浓度3.0%[17]，芥菜氯化钙浓度0.24%[18]。因此，最佳用量还需实验来论证。研究表明，复合处理比单独处理护绿保硬效果更好[19]。目前，还没有学者将食盐、海藻糖和氯化钙复合处理应用于冷冻青椒，研究其对解冻青椒的护绿保硬效果。

本研究以青椒为研究对象，在单因素实验基础上，通过响应面设计法，探讨食盐、海藻糖、氯化钙复合处理对解冻青椒品质的影响。筛选出最佳工艺参数，通过测定相关指标验证护绿保硬效果，旨在提高解冻青椒的品质，同时为冷冻菜肴中青椒护绿保硬提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

青椒、食盐北京市海淀区幸福荣耀超市；海藻糖、氯化钙北京萃锋科技有限公司；无水乙醇、磷酸盐缓冲液北京索莱宝科技有限公司；乙酸异戊酯上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、Triton X-100 上海源叶生物科技有限公司；戊二醛固定液、邻苯二酚上海麦克林生化科技股份有限公司。

CR-400 色差仪日本柯尼卡美能达公司；TA·XT Plus 质构分析仪英国Stable Micro Systems 公司；Spectra Max 340PC384 酶标仪美国MBD 公司；BSA423S 电子分析天平赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；S-570 扫描电子显微镜日本日立公司；TU-18 紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理原料选择→清洗→切块→漂烫→冷却→沥水→预冷→速冻→解冻。

选择新鲜无划痕、大小一致、色泽相近的青椒作为原料，先将青椒表皮上的污物洗净，去除果蒂、籽座，切成大小一致的青椒块。将青椒迅速放入沸水中漂烫5 s，捞出迅速放入含有添加剂的冷水（5～10 ℃）中浸泡，沥干。将经过预处理的原料预冷至0 ℃，将青椒密封至避光真空袋中，排尽空气，置于-40 ℃冰箱中冷冻24 h。取出静置于4 ℃冰箱中，直至冰晶消失。

未处理的解冻青椒为对照组，只经漂烫处理的解冻青椒为漂烫组，漂烫后经护绿保硬处理的解冻青椒为处理组。

1.2.2 漂烫时间和浸泡时间的确定设定漂烫温度为100 ℃，漂烫时间设0、5、10、15、20 s，漂烫后立即放入5～10 ℃冷水中浸泡10 min；设定青椒样品100 ℃沸水中漂烫5 s，立即放入浸泡液为5～10 ℃冷水，其中氯化钙质量分数为0.1%，浸泡时间设0、15、30、45、60 min。样品沥干水后放入冰箱冷冻，对解冻后青椒进行多酚氧化酶活力和硬度测定，确定最佳漂烫时间和浸泡时间。

1.2.3 单因素实验设计研究浸泡液中食盐质量分数（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%），海藻糖质量分数（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，1%），氯化钙质量分数（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）对解冻青椒色泽和硬度的影响，分别进行单因素实验。

1.2.4 响应面优化试验设计根据单因素实验结果，对食盐、海藻糖和氯化钙复合处理进行优化，以色差值（Y1）和硬度（Y2）为响应值，采用Box-Behnken 试验设计，进行3 因素3 水平的响应面试验，以确定青椒解冻护绿保硬最佳工艺条件。因素水平见表1。

表1 响应面试验设计因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface test design

1.2.5 多酚氧化酶活力测定多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力测定参照曹建康等[20]的方法，测定青椒果实在420 nm 波长处的吸光度。以每克果实每分钟在420 nm 波长处吸光度增加1 为1 个PPO 活力单位（U）。

1.2.6 硬度测定以沈月等[21]的方法为参考，并稍作改动。用质构仪进行测定，用P/2E 探头分别在解冻后青椒块的内果皮上、中、下三个部位进行测定，结果取其平均值，测前、测后速率为2.0 mm/s，测定速率为1.0 mm/s，穿刺形变为75%，触发力5 g，测定内侧果实硬度。

1.2.7 色泽测定使用色差仪对青椒进行色泽测定。取青椒块外表皮的上、中、下部位，分别测定解冻前青椒的L0*、a0*、b0*值和解冻后青椒的L*、a*、b*值。使用前进行白板校正。根据公式（1）计算样品的总色差ΔE。

式中：ΔE代表青椒总体色差变化，其值可以反映青椒的褐变程度。

1.2.8 叶绿素含量测定参照Lichtenthaler[22]的方法，并略有改动。称取0.1 g 样品，加入5 mL 无水乙醇，冰浴匀浆。在4 ℃下，7671 r/min 离心10 min，取上清液，在665、649 nm 处测定吸光度值。按公式（2）计算叶绿素含量。

式中：Ca和Cb分别为叶绿素a 和b 的浓度，mol/L；系数为根据Lambert-Beer 定律，测定叶绿素a、b 在乙醇溶剂中的最大吸收峰所得；A665和A649代表在665、649 nm 下的吸光度值；CT为总叶绿素含量，mg/g；V 为样品提取液的体积，mL；m 为样品鲜重，g。

1.2.9 汁液流失率测定采用称重法测定汁液流失率，分别在样品解冻前、后用厨房纸擦去表面水分并称其质量，记为m1、m2。按式（3）计算汁液流失率。

1.2.10 微观结构参考郭家刚等[23]的方法，并略有改动，将处理的样品切成2 mm×2 mm×3 mm 的长方体，用体积分数为2.5%的戊二醛溶液固定48 h，用0.1 mol/L 磷酸盐缓冲液洗涤3 次，把组织样品依次浸入不同体积分数（25%、50%、70%、95%、100%）的乙醇和乙酸异戊酯进行脱水处理，脱水后的样品放入临界点干燥仪内干燥。将干燥后的样本紧贴于导电碳膜双面胶上，放入样品台上进行喷金，在扫描电子显微镜下观察并拍照。

1.2.11 感官评价参考陈乐等[24]的方法，并略有改动。挑选10 名与食品相关专业的学生，男女各5 人。每位成员从色泽、气味、滋味、质地等方面对经过不同处理的青椒进行评定，感官评价标准见表2。

表2 感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria

1.3 数据处理

每组试验重复3 次，结果以平均值±标准偏差表示。使用IBM SPSS Statistics 27 统计分析软件进行显著性分析（P＜0.05），通过Design-Expert 12 进行响应面的设计和分析，使用Origin 2022 对数据进行统计分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 漂烫时间和浸泡时间的确定

PPO 是导致果蔬发生酶促褐变的关键酶[25]。由图1 知，不同漂烫时间对PPO 活力的影响显著差异（P＜0.05），随着漂烫时间增加，PPO 活力呈下降趋势。漂烫5 s 时青椒PPO 活力较未漂烫青椒降低66.80%。由图2 可知，随着漂烫时间增加，青椒硬度呈先上升后降低趋势。漂烫5 s 时，青椒硬度最大，为4.83 N，可能是漂烫钝化酶，防止色泽劣变，延缓果胶物质降解，提高青椒品质[26]。漂烫时间超过5 s时，青椒硬度逐渐降低，可能是漂烫时间过长破环了细胞结构[26]。综上，为使PPO 活力降低并有较好硬度，冷冻前漂烫预处理时间为5 s 最佳。

图1 漂烫时间对青椒PPO 活力的影响Fig.1 Effect of blanching time on the PPO activity of green pepper

图2 漂烫时间对青椒硬度的影响Fig.2 Effect of blanching time on hardness of green pepper

为了避免漂烫后青椒因过热软化组织，需迅速放入冷水中浸泡。由图3 可知，不同浸泡时间对青椒硬度的影响有显著差异（P＜0.05），青椒硬度随浸泡时间增加呈现先上升后降低趋势。浸泡时间为15 min 时，青椒硬度最大。浸泡时间过长使青椒组织软化[18]，硬度降低。因此，确定最佳浸泡时间为15 min。

图3 浸泡时间对青椒硬度的影响Fig.3 Effect of soaking time on hardness of green pepper

2.2 不同浸泡液的单因素实验结果

食盐被广泛用于蔬菜加工中，由表3 可知，食盐对青椒色泽和质构有重要影响。青椒L*值随食盐使用量增加呈现上升趋势，b*值随食盐使用量增加而不断降低。食盐超过0.4%时，青椒色差值差异不显著（P＞0.05），达到了护色效果，这与贾丽娜[9]的结果相似。不同质量分数食盐溶液漂烫对青椒硬度的影响有显著差异（P＜0.05），0.6%食盐漂烫后的青椒硬度最大，为5.09±0.11 N，可能是由于渗透压作用，一定程度上降低青椒含水量，改善青椒解冻后品质[27]。

表3 添加剂种类及质量分数对青椒色泽和硬度的影响Table 3 Effect of additive type and quality fraction on color and hardness of green pepper

研究发现糖浸渍处理对冷冻果蔬细胞壁水和细胞质水有良好保持效果，硬度、亮度以及水分含量保持也有成效[28]。0.2%～0.8%海藻糖浸泡时，色差值无显著差异（P＞0.05）。青椒经过不同质量分数海藻糖浸泡后，解冻后能较好保持鲜艳色泽，可能是糖分子在浸泡冷冻过程中，通过渗透作用进入到青椒内部组织，改善了褐变问题，从而一定程度上维持了青椒的色泽[29]。不同质量分数海藻糖浸泡对青椒硬度有显著差异（P＜0.05），随着海藻糖使用量增加，青椒硬度呈先上升后下降趋势。0.4%海藻糖浸泡后的青椒硬度最大，为5.07±0.10 N。海藻糖使用量超过0.4%时，青椒硬度逐渐降低。

经不同质量分数氯化钙浸泡的青椒亮度值有显著差异（P＜0.05），红绿值无显著差异（P＞0.05），黄蓝值有显著差异（P＜0.05），色差值差异显著（P＜0.05）。经0.1%氯化钙浸泡的青椒色差值最小。不同质量分数氯化钙浸泡对青椒硬度有显著差异（P＜0.05），随着氯化钙浸泡使用量的增加，硬度先逐渐上升后下降。经0.3%氯化钙浸泡的青椒硬度最大，为5.04±0.15 N。当氯化钙使用量超过0.3%时，硬度逐渐下降，可能是细胞外高渗透压的作用，使细胞内溶质和部分水分向细胞外流出[30]。氯化钙对青椒有保硬效果，也有护色效果，与何国庆等[15]结果相一致。综合考虑色差值和硬度指标，将0.6%食盐，0.4%海藻糖，0.3%氯化钙作为下一步响应面试验设计的中心点。

2.3 响应面优化试验结果

在单因素实验结果的基础上，选取食盐质量分数（A）、海藻糖质量分数（B）、氯化钙质量分数（C）为试验因素，青椒色差值（Y1）与硬度（Y2）为响应值，利用Design-Expert 12 软件中的Box-Behnken 实验设计方案，对青椒护绿保硬进行工艺优化，试验结果见表4。

表4 响应面试验方案及结果Table 4 Response surface test scheme and results

2.3.1 青椒色差值的回归模型和方差分析对表4的Y1色差值相关数据进行回归及方差分析，得到的分析结果见表5。根据表5 结果，得到二次多元回归方程为： ΔE=1.73-0.01A-0.17B+0.29C-0.75AB+0.82AC+0.06BC+0.27A2+0.26B2+0.48C2。

表5 Y1 回归模型显著性检验及方差分析Table 5 Y1 regression model significance test and analysis of variance

由表5 可知，模型的P值小于0.01，这表明此回归方程模型极显著。失拟项P值大于0.05，可以看出失拟项不显著，模型的选择是正确的。试验模型的决定系数R2=0.9923，校正系数R2adj=0.9824，与R2相近，表明试验的实测值与预测值之间具有较好的拟合度。对回归模型进行显著性分析可知，B、C、AB、AC、A2、B2和C2对色差值影响极显著（P＜0.01），其他影响不显著（P＞0.05）。根据F值可知，对色差值的方程影响显著程度由大到小依次为C＞B＞A。

2.3.2 青椒色差值的响应面分析由图4 可知，当海藻糖质量分数为0.4%，A 大于0.5%，C 大于0.3%时，等高线较密集，表明在此范围内A 和C 交互作用对青椒色泽有极显著影响。由图4 可知，当氯化钙质量分数为0.3%时，A 大于0.5%，B 小于0.4%时，等高线较密集，表明在此范围内A 和B 的交互作用对青椒色泽有极显著影响。以上分析结果与方差分析的结果一致。

图4 食盐、氯化钙、海藻糖对青椒ΔE 的响应面图Fig.4 Response surface diagram of salt, calcium chloride and trehalose treatment to ΔE in green pepper

2.3.3 青椒硬度的回归模型和方差分析对表4 的Y2硬度相关数据进行回归方程及方差分析，得到的分析结果见表6。根据表6 结果，得到二次多元回归方程为：硬度（N）=5.24-0.10A-0.06B+0.18C+0.01AB-0.11AC+0.15BC-0.43A2-0.63B2-0.18C2。

表6 Y2 回归模型显著性检验及方差分析Table 6 Y2 regression model significance test and analysis of variance

由表6 可知，模型的P值小于0.01，这表明此回归方程模型极显著。失拟项P值大于0.05，可以看出失拟项不显著，模型的选择是正确的。试验模型的决定系数R2=0.9911，校正系数R2adj=0.9796，与R2相近，表明试验的实测值与预测值之间具有较好的拟合度。对回归模型进行显著性分析可知，A、C、BC、A2、B2和C2对硬度影响极显著（P＜0.01），B、AC 对硬度影响显著（P＜0.05），其他影响不显著（P＞0.05）。根据F值可知，对硬度的方程影响显著程度由大到小依次为C＞A＞B。

2.3.4 青椒硬度的响应面分析由图5 可知，当海藻糖质量分数为0.4%时，A 小于0.6%，C 小于0.3%时，等高线较密集，表明在此范围内A 和C 的交互作用对青椒硬度有显著影响。当食盐质量分数为0.6%时，从响应面图曲线陡峭程度可以看出，B 和C 的交互作用对青椒硬度影响极显著。

图5 食盐、氯化钙、海藻糖对青椒硬度的响应面图Fig.5 Response surface diagram of salt, calcium chloride and trehalose treatment to the hardness of green pepper

2.4 验证试验

综合分析拟合模型，预测最佳配比为食盐质量分数0.5%，海藻糖质量分数0.51%，氯化钙质量分数0.25%。该条件下响应值预测结果为色差值为2.69，硬度为5.10 N。用此工艺进行验证，护绿保硬后的青椒色差值为2.78±0.30，硬度为5.14±0.14 N，经计算各实际值与预测值之间相对偏差小于5%，色差值与预测值差异为3.35%，硬度与预测值差异为0.78%，表明响应面设计最佳条件可靠，回归模型建立有效。

2.5 不同处理对青椒色泽的影响

果蔬色泽是影响消费者消费心理的重要指标。由图6 可知，不同处理对青椒色差值的影响差异显著（P＜0.05）。漂烫组较对照组的色差值降低2.13，漂烫处理较好保持样品原有色泽[31]。处理组较对照组色差值降低3.98，处理组抑制了青椒解冻后褐变，有较好护色效果。

图6 不同处理对青椒色差值的影响Fig.6 Effect of different treatment on color difference of green pepper

2.6 不同处理对青椒硬度和汁液流失率的影响

硬度是衡量果蔬解冻后品质的重要指标[32]。由图7 可知，对照组和漂烫组的硬度显著低于处理组（P＜0.05），对照组的硬度为4.27±0.10 N，漂烫组的硬度为4.79±0.07 N，处理组硬度较对照组提高20.37%。汁液流失率是衡量果蔬解冻后风味和营养物质保留情况的重要指标[33]。在冷冻过程中冰晶生长对青椒组织造成机械损伤，导致细胞结构破裂[34]，细胞物质流出。由图8 可知，不同处理对青椒汁液流失率影响有显著差异（P＜0.05），处理组汁液流失率较对照组降低了40.29%，可能是海藻糖降低了冰晶对细胞结构损伤[11]，提高了细胞持水性。青椒细胞含水量与硬度呈正相关[35]，汁液流失率越低，青椒含水量越高，硬度越大。

图7 不同处理对青椒硬度的影响Fig.7 Effect of different treatments on the hardness of green pepper

图8 不同处理对青椒汁液流失率的影响Fig.8 Effects of different treatments on the loss rate of green pepper juice

2.7 不同处理对青椒叶绿素含量的影响

由图9 可知，不同处理对青椒解冻后叶绿素含量影响有显著差异（P＜0.05）。漂烫组的青椒叶绿素含量较对照组高，可能是青椒冷冻前的漂烫处理导致叶绿素蛋白复合体的降解，使叶绿素含量增加[36]。处理组的青椒叶绿素含量为0.076±0.004 mg/g，较对照组、漂烫组分别提高了102.70%，35.71%，可能是食盐、氯化钙提高了叶绿素的稳定性[8,15]。

图9 不同处理对青椒叶绿素含量的影响Fig.9 Effects of different treatments on chlorophyll content of green pepper

2.8 感官评价

由图10 可知，处理组气味评分高于对照组，可能是漂烫处理降低了酶活，去除了异味[37]。处理组的滋味评分高于对照组和漂烫组，可能是食盐赋予了青椒更好的滋味[9]，海藻糖掩盖了氯化钙的苦味，使滋味评分整体得到提升。处理组使用氯化钙处理改善了青椒质地，使青椒有较好食用品质，与陈娟娟等[38]结果一致。同时，处理组的总体可接受度高于对照组和漂烫组，得分最高，为69.00±2.49 分，较对照组、漂烫组感官评分分别提高了88%、31%。

图10 不同处理的青椒感官评分Fig.10 Sensory evaluation scores of green peppers with different treatments

2.9 不同处理对青椒细胞微观结构的影响

由图11a 可知，新鲜青椒细胞排列紧密有序，细胞壁褶皱少，表面淀粉颗粒形态完好且数量较多；由图11b 可知，青椒细胞壁在解冻过程，冰晶消失，组织软化，细胞壁松软塌陷，变形破裂[23]；由图11c 可知，青椒细胞壁褶皱，漂烫预处理维持了细胞壁完整性，增强了细胞抗冻能力[39]；由图11d 可知，青椒细胞排列松散无序，细胞壁较完整，可能是海藻糖对细胞结构完整性有保护作用[11]，氯化钙加强了细胞壁粘连[40]。微观结构与质构相关[41]，处理组微观结构较完整，与硬度最大结论一致。

图11 青椒细胞微观结构（300×）Fig.11 Microstructure of green pepper cells (300×)

3 结论

本研究表明青椒冷冻前预处理为100 ℃漂烫5 s，浸泡5～10 ℃冷水15 min；最佳工艺参数是漂烫液中食盐质量分数为0.50%、浸泡液中海藻糖质量分数为0.51%、氯化钙质量分数为0.25%。该条件下处理的新鲜青椒经解冻后，色差值为2.78，硬度为5.14 N，可改善青椒解冻后褐变、质构塌陷问题；同时，该处理减少了汁液流失、延缓了叶绿素的下降，得到了较好的感官评分，维持了细胞结构，与对照组相比微观结构较完整。综上，该工艺条件能有效改善青椒解冻后品质，此护绿保硬工艺可以较好地保持青椒解冻后色泽和质构，为青椒菜肴中青椒的护绿保硬提供了一种方法，为实际生产提供了可行的工艺技术参考。